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电加热圆管内流动的自然转捩过程研究

张若凌 乐嘉陵

张若凌, 乐嘉陵. 电加热圆管内流动的自然转捩过程研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(2): 51-60. doi: 10.11729/syltlx20150024
引用本文: 张若凌, 乐嘉陵. 电加热圆管内流动的自然转捩过程研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(2): 51-60. doi: 10.11729/syltlx20150024
Zhang Ruoling, Le Jialing. Natural laminar-to-turbulent transition inside an electrically heated circular tube[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(2): 51-60. doi: 10.11729/syltlx20150024
Citation: Zhang Ruoling, Le Jialing. Natural laminar-to-turbulent transition inside an electrically heated circular tube[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(2): 51-60. doi: 10.11729/syltlx20150024

电加热圆管内流动的自然转捩过程研究

doi: 10.11729/syltlx20150024
详细信息
    通讯作者:

    张若凌 (1973-), 男, 湖北钟祥人, 研究员。研究方向:超燃冲压发动机的主动冷却结构设计、计算流体力学和高超声速空气动力学。通信地址:四川省绵阳市二环路南段6号1902信箱 (621000)。E-mail:zhangruoling@cardc.cn

  • 中图分类号: V211.1

Natural laminar-to-turbulent transition inside an electrically heated circular tube

  • 摘要: 分析了在一个电加热圆管内的自然转捩流动和对流传热。对于圆管内的流动,提出在径向脉动速度不随流动模式变化的假设下,自然转捩流动是充分发展的层流与湍流流动按照比例的合成。采用合成比例来描述该合成流动,合成比例在转捩区间会发生振荡。根据最小熵产生准则得到自然转捩发展演化的方程,其中转捩发展演化的控制因素,是合成比例的振荡。给出了一个与测量结果一致的合成比例的振荡函数,包括圆管内转捩过程的传热实验测量和速度及其脉动统计特性的实验测量。指出圆管内层流向湍流的转捩过程,可以与热力学平衡系统的连续相变过程进行比较,并且在电加热圆管内的流体,其速度和温度可以有相似和独立的转捩演化过程。
  • 图  1  电加热管内部流动示意图

    Figure  1.  Flow inside an electrically heated tube

    图  2  管内密度、粘性系数、热传导系数和Re的变化

    Figure  2.  Density, viscosity, thermal conductivity and Re inside the tube

    图  3  电加热管实验中的外壁温和Nu数对比

    Figure  3.  Outer wall temperature and Nu comparisons in an electrically heated tube test

    图  4  η、1-η作为θ的函数

    Figure  4.  η、1-η and as functions of θ

    图  5  中心线上轴向速度脉动强度的大的过冲

    Figure  5.  The large overshoot of I at the center line in transition region

    图  6  中心线上轴向速度脉动强度的大的过冲,可以与文献[5]中的测量结果进行对比

    Figure  6.  The large overshoot of I at the center line in transition region (both the shape and values can be compared with the measurements in reference [5])

    图  7  中心线上轴向速度统计平均值的计算与测量对比

    Figure  7.  The calculated and measured mean values of longitudinal velocity at the center line

    图  8  圆管中心线上轴向脉动速度统计平均值的计算与测量对比

    Figure  8.  The calculated and measured mean values of the fluctuations of longitudinal velocity at the center line

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-29
  • 修回日期:  2016-10-13
  • 刊出日期:  2017-04-25

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    2021年8月13日